Linking Adhesive Properties and Pore Organisation of Silicone Emulsions Obtained by Reactive Blending

par Anaïs Giustiniani

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Wiebke Drenckhan et de Christophe Poulard.

Soutenue le 11-12-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Lien entre propriétés adhésives et structure de polyHIPEs de silicone stabilisées via des réactions chimiques


  • Résumé

    Les matériaux cellulaires font l'objet de beaucoup de recherches du fait de leurs remarquables propriétés. Celles-ci proviennent de la structure interne du matériau, dans lequel des inclusions cellulaires sont compactées dans une matrice solide. Comprendre et contrôler l'organisation des cellules dans la phase continue est donc primordial pour pouvoir contrôler les propriétés finales du solide poreux. L'influence des propriétés d'objets sur leur organisation dans un volume a souvent été étudiée pour des systèmes granulaires durs monodisperses, où la friction entre deux grains implique que l'arrangement global sera désorganisé, ou pour des systèmes mous comme les bulles dans les mousses aqueuses, où la très faible friction aux interfaces conduit à un empilement organisé et compact de sphères. Une question importante est de comprendre comment s'empilent des objets déformables présentant de la friction à l'interface. Pour répondre à cela, nous nous intéressons ici à un système modèle de gouttes de PEG (polyéthylèneglycol) dispersées dans une phase continue de PDMS (polydiméthylsiloxane). La coalescence entre les gouttes est empêchée grâce à une réaction à l'interface qui crée un gel de polymère à la surface des gouttes au contact avec le PDMS. Cette peau de polymères induit de la friction et de l'adhésion entre les gouttes. Pour étudier l'influence des propriétés de la peau sur la sédimentation des gouttes, nous caractérisons la fraction volumique finale sous gravité grâce à la tomographie sous rayons X. Nous montrons que la présence de friction et d'adhésion à l'interface induit une organisation non-conventionnelle des gouttes en comparaison avec celle d'émulsions stabilisées par des tensioactifs. Nous examinons ensuite les propriétés mécaniques et adhésives des émulsions solides, composées de gouttes liquides dans une matrice solide, avec un test de probe-tack. Nous étudions l'impact de la taille ainsi que de la densité de gouttes sur l'augmentation des dissipations d'énergie dans le volume.


  • Résumé

    Macro-cellular polymers are highly searched-for materials thanks to their rich physical properties. These arise from the internal structuration of the material, in which discrete cells of gas or liquid are tightly packed within a continuous polymeric solid. The size and organization of these cells have an important influence on the overall material properties. The influence of the properties of spheres on their final packing morphology has led to numerous studies usually dealing with either hard frictional or soft frictionless grains, which are the two extremes of the spectrum of possible systems. An important question remains as to what happens for systems which are in-between these extremes, i.e. highly deformable grains presenting a frictional surface. To tackle this problem, we work with a model system of ultra-stable emulsions which consist of PEG (polyethyleneglycol) drops which are dispersed in a continuous phase of PDMS (polydimethylsiloxane). Coalescence of the drops is prohibited by a reactive blending approach which creates a solid-like skin around the PEG drops upon contact with the PDMS. This skin creates adhesion and friction between the drops. To study the influence of the skin properties on the sedimentation of the drops, we characterize the final drop packing under gravity using absorption contrast X-Ray. We show that the presence of friction and adhesion at the interface makes the liquid drops pack unconventionally regarding density and organization compared to classic surfactant stabilized emulsions. We then investigated the adhesive properties of the solid emulsions i.e. elastomers containing liquid drops in their substructure, using a probe-tack test. We studied the impact of the drop size and density on the increase of the bulk's dissipations of energy which enhance the adhesive properties of the material.


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